一种电池管理装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种电池管理装置，其包括：均衡模块、采样转换模块、开关模块、及控制模块；每个电池的两端电连接一均衡模块，开关模块连接于一均衡模块与采样转换模块之间，控制模块同时电连接采样转换模块及开关模块；每个均衡模块包括：电阻R1、R2、R3、及均衡开关管Q1；电阻R1的一端接一电池的正极，其另一端通过电阻R3接均衡开关管Q1的源极或发射极，且电阻R1的另一端同时接一开关模块的第一端S1；电阻R2的一端接一电池的负极，其另一端接均衡开关管Q1的漏极或集电极，电阻R2的另一端同时接开关模块的第二端S2，均衡开关管Q1的栅极或基极接开关模块的第三端S3。本实用新型提供的电池管理装置能检测出均衡开关管短路的情况且结构简单。
【专利说明】—种电池管理装置【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种管理电路，尤其涉及一种电池管理装置。
【背景技术】
[0002]电动车等以电源为动能的设备使用的电源通常由多个电池包(也称为电池组)形成,例如，由5组电池组形成的电源，其中4组中每组由24个电池串联形成，另一组由18个电池串联而成，总共形成由114个电池串联而成的电源。在电动车工作时，所述114个电池同时进行放电，以提供电动车工作所需的电能，在电动车充电时，该114个电池同时充电，以储备能量。但随着电动车的使用，该114个电池会逐渐出现充电和/或放电不均匀的情况。这将直接导致某些电池重启处于过充或过放状态，从而降低了这些电池的使用寿命，进而114个电池的使用寿命不均匀。在电池组中，如果一组内的24或18个电池中有任何一个电池提前终止寿命，则该组电池需要整组替换，以致降低了整组电池的使用寿命。
[0003]所以，现有技术中电池包，尤其是二次电池形成的电池包会出现部分电池的能量不均衡以致影响整体电源的使用的情况。然而，随着能源危机的发展，二次电池得到了越来越广泛的应用。二次电池例如锂电池具有诸多的优势，但是其仍然存在一些缺点。例如，存储能量少、串并联使用、电池电量难估算、电池的性能复杂等。所以二次电池通常需要电池管理系统(BMS ,BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)进行配套使用，以较好的检测及管理电池。BMS可以在电池充放电过程中，实时采集电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压等参数，以防止电池发生过充电或过放等现象。同时BMS能够及时给出电池状况，挑选出有问题的电池，以保持整组电池运行的可靠性和高效性。
[0004]现有技术中BMS对电池包 进行能量均衡时通常需要采用均衡功率器件(即均衡开关管)，但是，当均衡开关管出现短路异常时，BMS失去对电池进行均衡保护的功能，而现有技术中BMS缺乏检测均衡开关管是否出现短路的功能，以致BMS有时无法实现电池均衡进而使电池包寿命减少。
[0005]可以理解的是，本部分的陈述仅提供与本实用新型相关的背景信息，可能构成或不构成所谓的现有技术。
【发明内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术中电池管理系统无法检测均衡开关管是否短路以致电池包寿命减少的缺陷，提供一种可以检测均衡开关管是否短路并提闻电池包寿命的电池管理系统。
[0007]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种电池管理装置，其包括:若干个用于对电池进行均衡的均衡模块、用于采集所述均衡模块的工作电压并将所述工作电压转换为数字信号的采样转换模块、若干个用于控制每个均衡模块与采样转换模块之间的通断和控制均衡模块中均衡开关管的通断的开关模块、及用于控制上述各模块工作并判断均衡开关管是否短路的控制模块；其中，每个电池的两端电连接一所述均衡模块，所述开关模块连接于一均衡模块与采样转换模块之间，控制模块同时电连接所述采样转换模块及开关模块；每个均衡模块包括:电阻Rl、R2、R3、及均衡开关管Ql ;电阻Rl的一端接一电池的正极，其另一端通过电阻R3接均衡开关管Ql的源极或发射极，且电阻Rl的所述另一端同时接一开关模块的第一端SI ;电阻R2的一端接所述一电池的负极,其另一端接均衡开关管Ql的漏极或集电极，电阻R2的所述另一端同时接所述开关模块的第二端S2，均衡开关管Ql的栅极或基极接所述开关模块的第三端S3。
[0008]在上述电池管理装置中，所述开关模块包括第一开关管Q2、第二开关管Q3、第三开关管Q4、及第四开关管Q5;
[0009]其中，第一开关管Q2、第二开关管Q3、第三开关管Q4、及第四开关管Q5的栅极或基极均接所述控制模块；第一开关管Q2的源极或发射极同时接电阻Rl的所述另一端及第二开关管Q3的漏极或集电极，其漏极或集电极同时接第三开关管Q4的源极或发射极及均衡开关管Ql的栅极或基极；第二开关管Q3的源极或发射极接采样转换模块；第三开关管Q4的漏极或集电极接电阻R2的所述另一端；第四开关管Q5的源极或发射极接电阻R2的所述另一端，其漏极或集电极接采样转换模块。
[0010]在上述电池管理装置中，还包括与控制模块电连接的通信接口及与通信接口电连接的定时器，定时器同时电连接控制模块。
[0011]在上述电池管理装置中，所述定时器为看门狗。
[0012]在上述电池管理装置中，所述每个均衡模块还包括用于滤波的电容Cl，电容Cl连接于电阻Rl的所述另一端与地之间。
[0013]在上述电池管理装置中，所述每个均衡模块还包括电阻R4，电阻R4连接于电阻Rl的所述另一端与所述开关模块的第一端Si之间。
[0014]在上述电池管理装置中，所述每个均衡模块还包括用于滤波的电容C2，电容C2连接于电阻R2的所述另一端与地之间。
[0015]在上述电池管理装置中，所述均衡开关管Ql为场效应管。
[0016]在上述电池管理装置中，还包括用于均衡开关管短路时报警的报警模块，所述报警模块电连接所述控制模块。
[0017]在上述电池管理装置中，所述第一开关管Q2、第二开关管Q3、第三开关管Q4、及第四开关管Q5均为场效应管。
[0018]本实用新型提供的电池管理装置中，其通过控制模块控制各个模块的工作，控制模块控制开关模块的通断，开关模块可以控制均衡模块中均衡开关管的通断，当开关模块控制使均衡开关管断开后，控制模块控制开关模块使均衡模块与采样转换模块接通，进而检测出均衡模块所在的工作电压，以获取每个电池所处的状态，控制模块根据采样转换模块获取的均衡模块的工作电压与预定值比较的结果可判断出均衡开关管是否短路，所以本实用新型提供的电池管理装置在具有基本的管理电池功能的同时，其还可以检测出均衡模块中均衡开关管是否出现短路异常，进而可以提高电池组的寿命，而且，其结构简单、成本较低。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型提供的电池管理装置的原理框图；[0020]图2是本实用新型提供的一实施例中电池管理装置的结构示意图；
[0021]图3是本实用新型提供的一实施例中一个均衡模块与电池连接的结构示意图；
[0022]图4是本实用新型提供的又一实施例中一个均衡模块与电池连接的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0024]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附
图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0025]本实用新型提供的电池管理装置主要用于管理电池组，其主要针对二次电池，例如铁电池。参见图1至图4所示，本实用新型提供的电池管理装置主要包括:采样转换模块
2、控制模块1、若干个均衡模块4及若干个开关模块3。每个电池的两端电连接一所述均衡模块4，所述开关模块3连接于一均衡模块4与采样转换模块2之间，控制模块I同时电连接所述采样转换模块2及开关模块3。其中，每个电池的两端电连接一个均衡模块4，以通过该均衡模块4对该电池进行均衡，进而使得电池组中每个电池处于均衡的状态。采样转换模块2用于采集均衡模块4的工作电压并将其转换为数字信号，其通过采集的均衡模块4的工作电压可间接获取每个电池的工作状态。每个均衡模块4与采样转换模块2之间均设置有一开关模块3，该开关模块3用于控制每个均衡模块4与采样转换模块2之间的通断以控制是否让采样转换模块2去采集该均衡模块4的工作状态，开关模块3还用于控制均衡模块4中均衡开关管的通断，即控制模块I控制开关模块3的开启或关闭，通过开关模块3的工作状态可以控制均衡开关管是否导通。控制模块I用于控制开关模块3及采样转换模块2的工作，进而通过开关模块3既可以控制均衡模块4是否进行均衡，且控制模块I根据采样转换模块2获取的数据可以判断出电池的工作状态并相应管理电池，例如让电池放电以实现均衡。而且，控制模块I还可以根据采样转换模块2获取的数据判断出均衡开关管是否短路。每个均衡模块4包括:电阻R1、R2、R3、及均衡开关管Ql ;电阻Rl的一端接一电池的正极，其另一端通过电阻R3接均衡开关管Ql的源极或发射极，且电阻Rl的所述另一端同时接一开关模块3的第一端SI ;电阻R2的一端接所述一电池的负极，其另一端接均衡开关管Ql的漏极或集电极，电阻R2的所述另一端同时接所述开关模块3的第二端S2，均衡开关管Ql的栅极或基极接所述开关模块3的第三端S3。
[0026]本实用新型提供的电池管理装置实现检测均衡开关管是否短路的工作原理大致如下:
[0027]在检测均衡开关管是否短路时，首先，控制模块I控制开关模块3，进而开关模块3使得均衡模块4中均衡开关管断开。然后，控制模块I检测每个均衡模块4中均衡开关管是否短路，下面以控制模块I检测一个均衡模块4中的均衡开关管是否短路为例。控制模块I发出指令使一个开关模块闭合，以使采样转换模块2与一个均衡模块接通。例如图3所示，于是，开关模块3的第一端SI及第二端S2被接入一个均衡模块，使采样转换模块2检测第一端SI所在的电压Vl及第二端S2所在的电压V2，控制模块I将电压Vl与V2的差值VO与控制模块I内的预设电压Vset进行比较，如果电压VO大于电压Vset，则表明均衡开关管短路，否则表明均衡开关管没有短路。具体测试过程及原理如下，测试时，先关Ql，测得电压VI，再开Q1，测得电压V2，(V1-V2)=V0。判定开关管Ql有没有短路:如果(V1-V2)>Vset,则开关管Ql短路，否则，以V2替换VI，下次测的为V2，依次递推下去。因为在均衡开关管Ql出现短路时，电池单体、电阻R1、电阻R3、均衡开关管Q1、及电阻R2形成回路，忽略MOSFET压降时，VO = V- V*R3/(R1+R2 + R3)，V为该单体电池当前的额定电压，预设电压Vset可根据电阻值预设。如果V0>Vset，则开关管Ql短路。例如:测得Vl是3.2V，V2是 3.0V, Vset 设为 0.1V，VO= {V - V*R3/(R1+R2 + R3)} =0.2，所以，VO 大 VsetJjfWQl短路。
[0028]同时，由于电阻R3及均衡开关管的配合，当电池组中电池电量不均衡时，控制模块I控制使得电量过高的电池开始放电，即使均衡开关管Ql闭合，则电池上过高的能量可以通过电阻R3消费掉，进而实现电池组中每个电池能量均衡。而且，控制模块I结合开关模块3及采样转换模块2可随时了解每个电池的状态，进而控制模块I发出指令以管理每个电池。所以，本实用新型提供的电池管理装置具有基本的管理电池功能的同时，其还可以检测出均衡模块4中均衡开关管是否出现短路异常，进而可以提高电池组的寿命，而且，其结构简单、成本较低。
[0029]在本实用新型提供的优选实施例中，控制模块I还电连接有报警模块，以用于均衡开关管短路时报警。即控制模块I检测出均衡开关管出现短路异常时通过报警模块进行声音和/或光报警，以提示用户及时对短路的均衡开关管进行维修或更换。
[0030]进一步的，开关模块3可以包括第一开关管Q2、第二开关管Q3、第三开关管Q4、及第四开关管Q5 ;其中，第一开关管Q2、第二开关管Q3、第三开关管Q4、及第四开关管Q5的栅极(或基极)均接控制模块I ;第一开关管Q2的源极(或发射极)同时接电阻Rl的所述另一端及第二开关管Q3的漏极(或集电极)，其漏极(或集电极)同时接第三开关管Q4的源极(或发射极)及均衡开关管Ql的栅极(或基极)；第二开关管Q3的源极(或发射极)接采样转换模块2 ;第三开关管Q4的漏极(或集电极)接电阻R2的所述另一端；第四开关管Q5的源极(或发射极)接电阻R2的所述另一端，其漏极(或集电极)接采样转换模块2。即第一开关管Q2、第二开关管Q3、第三开关管Q4、及第四开关管Q5均可以为各种常见的开关管，例如三极管、场效应管、IGBT，优选的，第一开关管Q2、第二开关管Q3、第三开关管Q4、及第四开关管Q5均为场效应管，以便于将电路集成、且其相应速度快、功耗低。同理，优选地，均衡开关管Ql为场效应管。例如，当上述各开关管由三极管替换场效应管时，连接电路结构中，三极管的基极对应于场效应管的栅极，其集电极对应于场效应管的漏极，其发射极对应于场效应管的源极。
[0031]上述优选实施例中每个开关模块3的工作原理如下:第一开关管Q2与第三开关管Q4的导通时间互补，即当第一开关管Q2导通时，第三开关管Q4截止，当第一开关管Q2截止时，第三开关管Q4导通。控制模块I通过控制第一开关管及第三开关管的通断以实现控制均衡开关管Ql是否导通。控制模块I通过控制第二开关管Q3及第四开关管Q5是否导通以实现控制采样转换模块2是否与该均衡模块4接通，进而决定采样转换模块2是否可以检测均衡模块4的工作电压，当第二开关管Q3及第四开关管Q5均导通时，采样转换模块2可以获取上述电压V0，进而控制模块I根据电压VO可以比较判断出均衡开关管Ql是否短路。
[0032]再次参加图2至图4所示，在本实用新型提供的优选实施例中，电池管理装置还包括与控制模块I电连接的通信接口 5及与通信接口 5电连接的定时器6，定时器6同时电连接控制模块I。通信接口 5用于电池管理装置与上位机进行通信。由于出现通信故障时，电池管理装置可能出现均衡不能关闭的现象，进而使得电池一直放电而影响了电池组的均衡问题。所以，定时器6同时与通信接口 5及控制模块I电连接，在定时器6设定的一定时间内通信接口 5未接收到上位机的清零信号(或上位机其它的指令信号)时，控制模块I据此主动发出指令关断均衡模块4，以避免均衡模块4均衡过度带来的电池亏损等问题。优选地，定时器6为看门狗，其可以检测通讯接口时序，在定时时间内没能清除看门狗，则控制模块I强致关闭全部均衡开关，这样也可以有效解决由于通讯失败不能关闭均衡开关问题且成本较低。
[0033]再次参见图3及图4所示优选实施例，每个均衡模块还包括用于滤波的电容Cl，电容Cl连接于电阻Rl的所述另一端与地之间。这样可以减少电池管理装置受到外界的干扰。进一步的，每个均衡模块还包括电阻R4，电阻R4连接于电阻Rl的所述另一端与所述开关模块的第一端SI之间。通过电阻R4及电容Cl的配合，其滤波效果更好。作为改进，每个均衡模块还包括用于滤波的电容C2，电容C2连接于电阻R2的所述另一端与地之间。
[0034]综上所述，本实用新型提供的电池管理装置具有基本的管理电池组的功能的同时，其能检测均衡模块中均衡开关管是否出现短路，进而使电池管理装置具有更好的电池均衡的功能，故其可以使电池组中每节电池电量保持均衡，从而延长整机的寿命。而且，其整体结构简单、成本较低。
[0035]在本说明书的描述中，参考术语“ 一个实施例”、“ 一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0036]在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0037]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种电池管理装置，用于管理电池组，其特征在于，所述电池管理装置包括:若干个用于对电池进行均衡的均衡模块、用于采集所述均衡模块的工作电压并将所述工作电压转换为数字信号的采样转换模块、若干个用于控制每个均衡模块与采样转换模块之间的通断和控制均衡模块中均衡开关管的通断的开关模块、及用于控制上述各模块工作并判断均衡开关管是否短路的控制模块； 其中，每个电池的两端电连接一所述均衡模块，所述开关模块连接于一均衡模块与采样转换模块之间，控制模块同时电连接所述采样转换模块及开关模块； 每个均衡模块包括:电阻Rl、R2、R3、及均衡开关管Ql ；电阻Rl的一端接一电池的正极，其另一端通过电阻R3接均衡开关管Ql的源极或发射极，且电阻Rl的所述另一端同时接一开关模块的第一端SI ;电阻R2的一端接所述一电池的负极，其另一端接均衡开关管Ql的漏极或集电极，电阻R2的所述另一端同时接所述开关模块的第二端S2，均衡开关管Ql的栅极或基极接所述开关模块的第三端S3。
2.如权利要求1所述的电池管理装置，其特征在于，所述开关模块包括第一开关管Q2、第二开关管Q3、第三开关管Q4、及第四开关管Q5 ； 其中，第一开关管Q2、第二开关管Q3、第三开关管Q4、及第四开关管Q5的栅极或基极均接所述控制模块；第一开关管Q2的源极或发射极同时接电阻Rl的所述另一端及第二开关管Q3的漏极或集电极，其漏极或集电极同时接第三开关管Q4的源极或发射极及均衡开关管Ql的栅极或基极；第二开关管Q3的源极或发射极接采样转换模块；第三开关管Q4的漏极或集电极接电阻R2的所述另一端；第四开关管Q5的源极或发射极接电阻R2的所述另一端，其漏极或集电极接采样转换模块。
3.如权利要求1或2所述的电池管理装置，其特征在于，还包括与控制模块电连接的通信接口及与通信接口电连接的定时器，定时器同时电连接控制模块。
4.如权利要求3所述的电池管理装置，其特征在于，所述定时器为看门狗。
5.如权利要求1或2所述的电池管理装置，其特征在于，所述每个均衡模块还包括用于滤波的电容Cl，电容Cl连接于电阻Rl的所述另一端与地之间。
6.如权利要求5所述的电池管理装置，其特征在于，所述每个均衡模块还包括电阻R4，电阻R4连接于电阻Rl的所述另一端与所述开关模块的第一端SI之间。
7.如权利要求5所述的电池管理装置，其特征在于，所述每个均衡模块还包括用于滤波的电容C2，电容C2连接于电阻R2的所述另一端与地之间。
8.如权利要求1或2所述的电池管理装置，其特征在于，所述均衡开关管Ql为场效应管。
9.如权利要求1或2所述的电池管理装置，其特征在于，还包括用于均衡开关管短路时报警的报警模块，所述报警模块电连接所述控制模块。
10.如权利要求2所述的电池管理装置，其特征在于，所述第一开关管Q2、第二开关管Q3、第三开关管Q4、及第四开关管Q5均为场效应管。
【文档编号】G01R31/02GK203434650SQ201320375689
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2013年6月27日
【发明者】潘金龙, 何志强, 杨云 申请人:比亚迪股份有限公司